địa chất công trình

Mục đích môn học và nội dung nghiên cứu Công tác nghiên cứu các qui luật vận động, hình thành các hiện tượng biến đổi của các địa tầng đất, đá và các tính chất của chúng, liên quan trự

Trang 1

GIẢNG VIÊN: THS TRẦN QUANG HUY

ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH

1 Đất đá và khoáng vật

2 Kiến tạo địa chất

PHẦN I – ĐẤT VÀ CÁC KHOÁNG VẬT

Trang 2

1 ĐẤT ĐÁ VÀ CÁC KHOÁNG VẬT

1.1 Mục đích môn học và nội dung nghiên cứu

Công tác nghiên cứu các qui luật vận động, hình thành

các hiện tượng biến đổi của các địa tầng đất, đá và các

tính chất của chúng, liên quan trực tiếp đến công trình

xây dựng

Hay có thể gọi bộ môn Địa chất công trình

(Geological Engineering) nghĩa là địa chất phục vụ

cho công tác xây dựng công trình

Tài liệu tham khảo chính:

Nguyễn Uyên và các tác giả khác, Địa chất công trình, Nhà

xuất bản Xây dựng, 2010.

Tài liệu tham khảo khác:

Nguyễn Hồng Đức, Cơ sở Địa chất công trình và Địa chất

thủy văn công trình, Nhà xuất bản Xây dựng, 2009.

Trần Văn Việt, Cẩm nang dùng cho kỹ sư Địa kỹ thuật, Nhà

xuất bản xây dưng, 2009.

Vũ Công Ngữ, Nguyễn Văn Thông, Bài tập Cơ học đất, Nhà

xuất bản giáo dục, 2003.

Trang 3

Địa chất công trình nghiên cứu các nội dung cơ bản sau:

 Nghiên cứu đất đá dùng làm nền, làm môi trường và làm

VLXD công trình

 Nghiên cứu các hiện tượng địa chất:

Trang 4

 Nghiên cứu nước dưới đất

Vòng tuần hoàn nước là

sự tồn tại và vận động của nước trên mặt đất , trong lòng đất và trong bầu khí quyển của Trái Đất

Nước trái đất luôn vận động và chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác, từ thể lỏng sang thể hơi rồi thể rắn và ngược lại

 Nghiên cứu nước dưới đất

Nguồn của Cục Địa chất Hoa Kỳ, bản tiếng Việt được dịch bởi PGS TS Trần Thục và đồng sự tại Viện Khí tượng Thủy Văn Việt Nam

Trang 5

 Nghiên cứu các phương pháp khảo sát địa chất

 nhằm thăm dò, đánh giá các điều kiện ĐCCT.

Ví dụ như khoan lấy mẫu đất ở hiện trường về thí nghiệm

xác định các chỉ tiêu cơ lý của đất.

 Nghiên cứu ĐCCT khu vực

 để qui hoạch xây dựng công nghiệp và dân dụng, thủy

lợi, giao thông…

Trang 6

1.2 Khái quát về cấu trúc quả đất

 Quả đất có hình cầu, ở xích đạo phình ra, hai cực hơi dẹt

đi vì tốc độ quay quanh trục Bắc – Nam khá lớn

Quyển đất đá hay vỏ quả đất (crust),

có bề dày 5 – 40 km, trung bình 35km

Quyển Manti (Mantle), phân bố độ sâu

khoảng 2900 km, tài liệu địa chấn cho biết

manti ở thể “đặc lỏng”, vật chất phần lớn ở

dạng các hợp chất oxit silic, oxit mangan

và oxit sắt.

Manti trên: dày khoảng 670 km, nhiệt độ

khoảng 1000 0 C Lớp này có lượng nguyên

tố phóng xạ phân hủy lớn, là nguyên nhân

phát sinh ra động đất, hoạt động núi lửa,

các chuyển động kiến tạo của vỏ quả đất.

Manti dưới: dày khoảng 2230 km, nhiệt độ cao từ 2800 – 38000 C Đây là vùng

yên tĩnh của quả đất, các biến động trong nó không ảnh hưởng tới hiện tượng địa

chấn diễn ra ở vỏ quả đất.

Trang 7

Nhân ngoài (outer core): phân bố

đến độ sâu 5100km (lớp này dày

khoảng 2200 km), ở thể đặc dẻo, nhiệt

độ khoảng 4000 0 C.

Nhân trong (inner core): dưới độ sâu

5100km, nhân quả đất ở thể rắn, nhiệt

độ khoảng 7000 0 C Đường kính lõi trong

cùng này khoảng 2440 km.

Quyển nước: bao gồm biển, đại dương, sông hồ và toàn bộ nước trong các lỗ

rỗng và khe nứt của đất đá Nước chuyển động, biến đổi không ngừng và luôn

luôn tác động đến đất đá dưới nhiều hình thức.

Quyển khí: dày chừng 500km, đại thể chia làm 3 tầng gồm tầng trên, tầng ion và

tầng dưới Tầng dưới cùng thì rất quan trọng trong địa chất công trình, trong

nhiều trường hợp nó là nhân tố chủ yếu tác động đến đất đá và công trình.

 Đá biến chất (metamorphic rock)

Ở quyển đất đá (vỏ quả đất), chủ yếu là đá magma rồi đến

đá biến chất, đá trầm tích chiếm tỷ lệ thấp nhất nhưng lại

bao phủ phần trên mặt với diện tích lớn nhất

 đó là đá phổ biến nhất trong xây dưng công trình

Trang 8

 Đá mácma hay đá magma là

những loại đá được thành tạo do sự

đông nguội của những dung

thể magma nóng chảy được đưa lên từ

những phần sâu của vỏ Trái Đất

 Macma này có thể có nguồn gốc

từ manti của Trái Đất hoặc từ các loại

đá đã tồn tại trước đó bị nóng chảy do

các thay đổi nhiệt độ áp suất cực cao.

 Có trên 700 loại đá magma Phần

lớn trong chúng được tạo ra gần bề

mặt lớp vỏ Trái Đất

Trang 9

1.3 Các loại đất - đá

1.3.1 Đá magma xâm nhập (intrusive)

 Khi magma kết tinh dưới sâu trong vỏ quả đất

 Do khối magma di chuyển lên trên của vỏ quả đất sẽ tỏa nhiệt

và nguội dần và đông cứng lại thành đá magma Đá thường kết

tinh (có hạt thô) và có thể nhận dạng bằng mắt thường.

 Đá xâm nhập thường có các loại như: granit, Sienit, Điorit,

Gabro, Pêridotit,…

 Đá hiện được sử dụng thông dụng trong lĩnh vực xây dựng

nhất là đá granit (hay đá hoa cương).

Trang 10

Nguồn: http://en.wikipedia.org/wiki/Igneous_rock

Trang 11

 Đá đen ánh xà cừ (đá Brazil)

Nguồn: http://en.wikipedia.org/wiki/Igneous_rock

1.3.2 Đá magma phun trào (extrusive, volcanic)

 Khi dung nham magma phun lên trên mặt quả đất

 Do đá bị phun trào nên bị giảm nhiệt độ đột ngột khi dung

nham phun ra ngoài không khí hoặc nước  các khoáng vật bị

kết tinh nhanh

 Loại này thường có mặt đá dạng hạt mịn.

Trang 13

Đá xâm nhập Đá phun trào

Đá loại axit

(SiO2> 65%)

Feldspath, kali, thạch anh (quartz),… Granit

Pocfia thạch anh Liparit

Đá loại trung tính

(SiO2= 55 – 65%)

Feldspath, plagiocla axit, mica,… Sienit

Pocfia octocla TrachitPlagiocla trung tính,

amfibon. Điorit Pocfirit Andezit

Đá loại bazơ

(SiO2= 45 – 55%)

Plagiocla bazơ, olivin,… Gabro

Điaba, pocfirit, augit Bazan

Đá loại siêu bazơ

(SiO2< 45%)

Augit, olivin, quặng Peridotit - Olivin, quặng Đunit - - Phân loại theo thành phần, đá magma chia thành các loại sau:

-Ghi chú: hàm lượng SiO giảm thì màu của đá sẫm dần, tỷ trọng tăng lên và nhiệt độ nóng chảy giảm đi.

Trang 14

Đặc tính và vị trí phân bố của một số loại đá magma xem tài

liệu tham khảo chính trang 31

Tùy thuộc vào từng loại đá mà các thành phần khoáng vật sẽ có sự

thay đổi khác nhau:

Trang 15

• Fenspat (tiếng Anh là Feldspath) là tên gọi của một nhóm

khoáng vật tạo đá cấu thành nên 60% vỏ trái đất.

• Fenspat kết tinh từ mácma có mặt trong cả đá xâm nhập và đá

phun trào ở dạng hạt nhỏ trong các vành (mạch) và trong các đá biến

chất Đôi khi tìm thấy cả trong đá trầm tích.

• Fenspat natri – canxi gọi là plagiocla, gồm 03 nhóm khoáng vật

Trang 17

Feldspath:

• Ở các nước khí hậu khô, Fenspat bị phong hóa tạo thành cát.

• Ở nước ta, fenspat dễ bị phân hủy tạo thành sét

Amphibole

• Nhóm amfibon (tiếng Anh Amphibole) có tinh thể dạng lăng trụ,

hình cột Màu lục hoặc nâu có sắc từ sẫm đến đen.

• Tỉ trọng từ 3.1 – 3.3, có nguồn gốc magma hay biến chất.

Trang 18

Pyroxene

• Nhóm này có tinh thể hình trụ ngắn, hình tấm Màu đen lục, đen,

có ánh thủy tinh Nguồn gốc magma.

• Đây là loại khoáng vật chiếm thứ nhì trên vỏ trái đất, sau Feldspat

• Thạch anh ở dạng hạt (cát, bột) được sử dụng làm vật liệu đánh

bóng, là vật liệu quan trong trong công nghệ bán dẫn.

• Pha lê (làm trang sức) là loại thạch anh phổ biến nhất được biết

đến Ngoài ra còn có các loại thạch anh khác như: Ametit, Citrin, Rose

quartz,…

Trang 19

• Chiếm 3.8% trọng lượng vỏ quả đất

Mica trong tiếng la tinh nghĩa là “lấp lánh”

• Thành phần hóa học của Mica phức

tạp, khoáng vật chủ yếu của nhóm này là

biotit (gọi là mica đen) và muscovit

(mica trắng, ánh thủy tinh, xà cừ)

Trang 20

Kiến trúc và cấu tạo của đá magma:

Kiến trúc toàn tinh: tất cả các khoáng vật trong đá đều kết tinh, ranh giới

phân cách giữa chúng rõ rệt có thể nhìn thấy bằng mắt thường như: granit,

gabrô (có thời gian kết tinh)

Kiến trúc và cấu tạo của đá magma:

Kiến trúc pocfia: chỉ thấy bằng mắt thường một số tinh thể lớn rải rác trên

nền tinh thể rất nhỏ (vi tinh) hay không kết tinh như đá Dacite

Trang 21

Kiến trúc vi tinh:tinh thể rất nhỏ không phân biệt được bằng mắt thường

chỉ thấy dưới kính hiển vi.

Kiến trúc thủy tinh:đá không kết tinh như thủy tinh núi lửa (đá Bazan)

Trang 22

Đây là chiếc bình được làm bởi

người Ai Cập cổ đại khoảng năm

3600 trước công nguyên.

Được làm từ đá magma diorite.

Những sản phẩm phong hóa bị lắng đọng tại chỗ hoặc bị di chuyển

(bằng dòng nước hoặc gió) rồi lắng đọng lại, liên kết vững chắc với

nhau mà hình thành một loại đá gọi là đá trầm tích Người ta chia thành

3 loại đá trầm tích:

• Trầm tích cơ học: lắng đọng các hạt

• Trầm tích hóa học: kết tủa các thành phần hòa tan

• Trầm tích sinh học (hay trầm tích hữu cơ): có sự tham gia của

vi sinh vật.

Trang 23

Cát Chủ yếu là thạch anh, có một phần mica và

fenspat

Đất cát pha Có lượng hạt sét từ 2 – 10%

Đất sét pha Có lượng hạt sét từ 10 – 30 %,

Đất sét Cỡ hạt nhỏ hơn 0,005mm chiếm trên 30%

khoáng vật sét chủ yếu kaolinit, ilit, monmorilonit, ngoài ra còn có thạch anh, mica, clorit, opan,…

Trang 24

đường kính > 2mm chiếm trên 50%; loại tròn cạnh là cuội kết, góc cạnh là dăm kết

Cát kết (sa thạch)

cỡ hạt có đường kính

2 – 0,1mm chiếm trên 50%

Bột kết Có đường kính 0,1 – 0,005mm

chiếm trên 50%

Sét kết Đất sét thoát nước kết chặt sít lại  dễ

bị hóa mềm khi ngậm nước

48

Cát kết Sét/bột kếtBột kết

Trang 25

Thạch cao, anhidrit Sunfat, Ca, Mg và halit

Than bùn, sét chứa dầu Cacbon, cacbua hidro

Trang 26

1.3.3 Đá trầm tích (sedimentary rock)

Thế nằm của trầm tích:

Quá trình hình thành đá trầm tích chịu ảnh hưởng rất lớn của

trường trọng lực Bởi vậy, thế nằm dạng lớp song song nằm ngang

là dạng phổ biến đối với đá trầm tích.

1.3.3 Đá trầm tích (sedimentary rock)

Thế nằm của trầm tích:

Trang 28

I

II III

hướng dốc

Đường

phương

Trang 29

1.3.4 Đá biến chất (Metamorphic Rock)

Đá biến chất là do đá trầm tích hay đá magma dưới tác dụng của nhiệt

độ cao, áp lực lớn hay do các phản ứng hóa học với magma, bị biến đổi

mãnh liệt về thành phần, tính chất mà hình thành Theo kiểu biến chất,

có thể chia ra các loại đá biến chất sau:

Trang 30

• Biến chất tiếp xúc: xảy ra ở khu vực tiếp giáp giữa khối magma

nóng chảy với đá vây quanh Nhiệt độ, khí, thành phần dung nham 

biến đổi cơ bản thành phần và tính chất của đá kề nó

• Biến chất động lực: xảy ra do tác dụng của áp lực cao sinh ra trong

quá trình kiến tạo làm cho đất đá bị mất nước, giảm độ rỗng, liên kết

chặt hơn.

Ví dụ: đá trầm tích dưới áp suất lớn tạo thành đá biến chất mới

Trang 31

• Biến chất khu vực: xảy ra ở dưới sâu, chịu tác dụng đồng thời của

nhiệt độ cao và áp lực lớn Tác dụng biến chất sẽ tăng dần theo chiều

sâu do càng xuống sâu nhiệt độ và áp lực của quả đất càng lớn

Hình tổng hợp các loại đá đã phân biệt ở trên

Đá biến chất tiếp xúc

Đá biến chất khu vực

Đá biến chất động lực

Trang 32

Dựa theo cấu tạo của đá, người ta chia ra các loại đá như

sau:

Cấu tạo gơnai (gneiss)

Cấu tạo phiến

Cấu tạo khối

Cấu tạo Gneiss

Đá Gneiss

(đá phiến ma)

Có cấu tạo dải, do magma hay trầm tích tạo thành Các khoáng vật sáng màu và tối

màu nằm xen kẽ nhau thành các dải liên tục trong khối đá

Có kiến trúc kết tinh hạt thô, phù hợp làm nền công trình xây dựng

Trang 33

Cấu tạo Phiến

Đá philit

Đá phiến (slate)

Là đá sét biến chất.

Phổ biến nhất, nó khác với gneiss là

không chứa fenspat

Trong đá các khoáng vật dạng tấm, dạng que sắp xếp định hướng theo phương vuông góc với áp lực, thường thấy ở biến chất khu vực và biến chất động lực Đá dễ tách.

Cấu tạo Khối

Đá vôi kết tinh (đá hoa, marble)

Kết quả của quá trình tái kết tinh các

loại đá vôi hoặc đolomit

Đá quartzit

Do đá cát kết thạch anh biến chất tạo thành Đá này cứng, khó gia công khai thác

thường xảy ra ở đá biến chất tiếp xúc

Trang 34

Kiến trúc và cấu tạo

Kiến trúc biến tinh: các

khoáng vật của đá ban đầu

Trang 35

Kiến trúc vảy: đặc trưng

cho đá có khoáng vật ở dạng

vảy, dạng phiến được định

hướng theo một phương nào

đó Kiến trúc này đặc trưng

cho các loại đá phiến và

thường kém ổn định khi chịu

• Thành phần khoáng vật của đá biến chất gần giống với thành phần

khoáng vật của đá magma Trong chúng cũng phổ biến các loại khoáng

vật như: thạch anh, feldspath, piroxen, amfibon, mica,…

• Trong quá trình biến đổi, các khoáng vật trên có xu hướng mất nước,

giảm nhỏ thể tích, vì vậy trọng lượng riêng lớn lên.

• Nhìn chung, các khoáng vật của đá biến chất có cường độ cao,

nhưng kém ổn định đối với tác dụng phong hóa.

Trang 36

Thế nằm của đá

Đá biến chất có dạng thế nằm giống với đá ban đầu tạo nên nó (ví dụ

dạng lớp của đá trầm tích, dạng nấm, dạng mạch của đá magma,…)

Đá biến chất tiếp xúc có dạng thế nằm riêng, nó thường ở dạng các

vành đai có các mức độ biến chất khác nhau bao quanh khối magma

gây ra biến chất Do vậy nó có thể gây ra sự không đồng nhất về các

Trang 37

2 KiẾN KiẾN TẠO ĐỊA CHẤT TẠO ĐỊA CHẤT

2.1 Chuyển động kiến tạo

Dấu vết mực nước biển ở Hà Tiên

Trang 38

Hiện nay có hai giả thuyết về chuyển động kiến tạo:

Thuyết lục địa thăng trầm:

• Năng lượng chuyển dịch phát sinh do các quá trình macma; quá

trình này làm nảy sinh ra sự đối lưu vật chất trong vỏ quả đất

• Hậu quả là mặt đất chuyển động nâng hạ sẽ biến lục địa thành biển

và ngược lại.

• Coi vỏ quả đất dịch chuyển thẳng đứng là chính

Hiện nay có hai giả thuyết về chuyển động kiến tạo:

Thuyết lục địa trôi ngang:

• Cơ sở của thuyết này là sự xuất hiện các dải núi uốn nếp song song

với kinh tuyến và vĩ tuyến, sự trùng khít về hình dạng và địa chất của

sườn lục địa Âu – Phi và Mỹ ở hai bờ Đại Tây Dương.

• Coi chuyển dịch phát sinh do sự thay đổi tốc độ quay của quả đất

quanh trục bắc nam của nó.

Trang 39

2.2 Các dạng cấu tạo địa chất

Cấu tạo do kiến tạo

Từ chuyển động kiến tạo  làm biến dạng và phá hủy các kiến

trúc và cấu tạo ban đầu ở vỏ quả đất  hình thành các hình thái

kiến trúc và cấu tạo mới  gọi là các cấu tạo do kiến tạo.

Cấu tạo nếp uốn

Cấu tạo khe nứt và đứt gãy

Cấu tạo nếp uốn (fold)

Hình thành các tầng đá bị uốn cong, bị nghiêng nhưng không

bị mất tính liên tục của nó Kích thước các nếp uốn có thể từ

vài mét đến vài chục km.

Trang 40

Các yếu tố của nếp uốn gồm:

• Mặt trục (Axial plane): là mặt đi qua đỉnh vòm chia nếp uốn ra làm hai

phần đều nhau Mặt trục có thể phẳng, cong đứng hoặc nghiêng…

• Cánh: là phần tầng đá bị nghiêng đi ở hai bên mặt trục.

• Đường trục (Fold Axis): là giao tuyến giữa mặt trục và mặt tầng đá.

Nếp uốn gồm có dạng lồi và dạng lõm:

• Nếp uốn dạng lõm ở Saint-Godard-de-Lejeune, Canada

Định dạng
Số trang	256
Dung lượng	15,97 MB